Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Перечислим наиболее важные задачи, решаемые с помощью многоэлементных антенных решеток. 1. Электрическое сканирование в широком секторе углов. 2. Получение ДН заданной формы путем регулирования амплитуд и фаз возбуждения отдельных излучателей. 3. Возможность когерентиого сложения в одном луче мощностей многих генераторов или усилителей мощности колебаний СВЧ для получения больших мощностей излучения, недостижимых в обычных антеннах нз-за ограниченной электрической прочности. 4. Более полное извлечение информации из приходящих к антенне электромагнитных волн в результате применения сложных методов совместной параллельной обработки сигналов, принимаемых отдельными элементамн антенной системы.
5. Возможность синфазного сложения сигналов, принимаемых системой крупных антенн, для получения очень больших эффективных поверхностей при радиоприеме, недостижимых в обычных антеннах из-за влияния неточностей изготовлении. 6. Повышение надежности радиосистемы вследствие параллельного действия многих элементов.
Выход из строя, скажем, 20% элементов антенной решетки не приводит к катастрофическому отказу радиосистемы, а лишь несколько ухудшает ее характеристики. Практическая реализация управляемых антенных решеток осложняется рядом специфических трудностей, К числу мешающих факторов относятся: появление фазовых ошибок в раскрыве из-за неточности действия управляющих устройств, нз-за дискретности фазировання, рассогласования и взаимосвязи элементов при сканировании; появление дополнительных потерь мощности СВЧ в управляющих устройствах; относительная узкополосность, связанная с возможностью появления побочных главных максимумов. н др. Немалые трудности проистекают из-за высокой начальной стоимости и сравнительно больших эксплуатационных расходов„, связанных с периодическими проверками, подстройками и заменой отказавших элементов.
Из изложенного следует,. что антенные решетки относятся к числу сложных радиотехнических систем, основанных на многих принципах теории антенн н устройств СВЧ и принципах теории информации. Современные антенные решетки характеризуются большим разнообразием областей применения (наземные и бортовые), различаются по числу элементов (от нескольких единиц до десятков тысяч) „по форме раскрыва (плоские, выпуклые„кольцевые и т. д.), по диапазону (от коротких волн до волн оптического диапазона) й 15ДС ФАЗИРОВАННЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ Фазированные антенные решетки (ФАР) это наиболее распространенный класс антенных решеток, позволяющий создавать сканирующие антенные системы как средних, так и очень больших электрических размеров. Различают активные и пассивные ФАР.
В активных фазированных антенных решетках (АФАР) каждый элемент возбуждается от отдельного фазируемого генератора или усилителя мощности, а также снабжается переключателем приема-передачи и каскадами, осуществляющими преобразование частоты и предварительное усиление принятых сигналов. Все перечисленные элементы образуют приемопередающий модуль АФАР. Модуль должен иметь небольшие поперечные размеры (0,6Л вЂ” 0,7Л), допускающие его размещение в пределах участка площади раскрыва, приходящейся на один элемент решетки.
Модули АФАР часто выполняют по технологии интегральных схем, на основе мнкрополосковых линий передачи и микрополосковых излучателей. Несомненными преимуществами АФАР являются высокая технологичность, надежность конструкции многоэлементной антенны и кардинальное сокращение длины трактов СВЧ между излучателями и приемопередающей аппаратурой. В пассивных ФАР все излучатели возбуждаются от общего генератора (илн работают на общий приемнин). Поэтому неотъемлемой частью пассивной ФАР является распределитель мощности между элементами решетки. Распределители в виде закрытого тракта.
Разводка мощности СВЧ н излучателям решетки в распределителях этого типа осуществляется с помощью пассивных многополюсников, состоящих из а) Рис. 15.1. Схемы последовательного питания излучателей ФАР отрезков линий передачи, тройников, направленных ответвителей и т. п. Различают распределители с последовательным и с параллельным питанием излучателей.
Классическая схема последовательного питания линейной эквидистантной решетки показана на рнс. 15.1, а. Мощность к каждому излучателю ответвляется от главного тракта, н одинаковые проходные фазовращатели включаются в главный тракт между отводами и соседним излучателям. В качестве ответвляющих элементов могут использоваться реактивные тройники со слабой связью в боковое плечо, а танже направленные ответвителн с малой связью (развязанное плечо ответвителя замыкается на согласованную нагрузку).
Схема компактна, все фазовращателн управляются по одному и тому же закону, так как для отнлонения луча на определенный угол фазовый сдвиг между соседними излучателями должен быть одинаковым по длине решетки. В результате упро1цается система управления фазоврагцателями. Однако последовательная схема имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, происходит накопление н возрастание фазовых ошибон и потерь к концу решетки, в связи с чем допустимо использование только точных фазовращателей с очень малыми потерями. Во-вторых, через ближайший ко входу фазовращатель проходит почти вся излучаемая мощность и, таким образом, требуются фазовращатели с повышенной электрической прочностью.
В-третьих, электрическая длина путей сигналов от общего входа до каждого излучателя оказывается существенно различной, и это может приводить к нежелательному расфазированию решетки на краях рабочей полосы частот. Для выравнивания электрических длин в линии питания излучателей <д „„~ , следует включать компенсирующие отрезки линий (штриховые линии иа рис.
15.1), что увеличивает размеры распределителя, а потому ои уже не является компактным. Фазовращателя в последовательной длФ схеме могут включаться в боРпс 1Зд. С еяа парплп ковые отводы от главного ; флр тракта (рис. 15.1, б), однако при этом теряется простота схемы управления. Параллельная схема питания У-элементной решетки показана иа рис. 15.2. Зтасхема имеетрядважныхпреимуществ. Во-первых, можно использовать сравнительно маломощные фазовращатели, так как через каждый нз иих проходит только 1/й излучаемой мощности. Во-вторых, общие потери мощности в управляющих устройствах определяются ослаблением лишь одного фазовращателя, и поэтому .можно использовать фазовращатели с ослаблением, достигающим 1,0 — 1,5 дБ.
Важным преимуществом параллельной схемы является отсутствие накопления фазовых ошибок вдоль раскрыва и возможность выравнивания длины отдельных каналов для обеспечения широкополосности. Недостатком параллельной схемы является сложность системы управления, так как фазовые сдвиги в каждом фазовращателе различим. Кроме того, имеются трудности хорошего согласования входа распределителя при одновременном делении мощности иа много каналов.
Особым случаем схемы параллельного питания является показанная на рис. 15.3, и двоично-этажная схема типа «елочка», в каждом узле которой происходит каскадное деление мощности на две части (возможны варианты схемы с каскадным делением и на большее число частей). В качестве делителей мощности в узлах «елочки» можно использовать простые тройники, мосты, кольцевые резистивные делители мощности.
Положительным свойством «елочки» является равенство электрических длин всех каналов, а недостатком †некотор громоздкость. Используя «елочку» можно упростить схему управления решеткой, если включить фазовращатели в каждый этаж (рис. 15.3„б).
В этом случае для получения линейного фазового распределения с шагом 2йз, между соседними излучателями все фазовращатели каждого этажа должны отрабатывать одинаковый фазовый сдвиг тр (с точностью до знака) и число управляющих сигналов уменьшается до числа этажей схемы При создании двумерных сканирующих антенных решеток возможны различные комбинации последовательных и параллельных, схем питания, особенно если вся решетка и еэ предварительно разбита на подрешетки меньших размеров. При выборе той или иной схемы закрытого трак- дхаа та вопросы определения допустимых ослаблений управляюп1нх элементов, пропускаемой моп1ностн, точности и Ю фазирования и допустимой сложности системы управления решают компромиссно. Неоспоримым преимуществом закрытых трактов является возможность .равномерного распределения мощно- йтаа :. сти между излучателями й) .
(или создание иного задан- Рис. 153. Дноично-этажная схема питания ' ного амплитудного распре- излучателей ФАР деления) и отсутствие пара. зитного неуправляемого излучения, присущего схемам оптического ': питания. Распределители оптического типа. Существует два варианта :-схем оптического питания решеток: проходная н отражательная . В ФАР, выполненных по проходной схеме (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
